주변 상황 감지용 센서와 차량 연결성 강화
센싱 시스템과 HMI, V2X 등 핵심 특허 개발 치열해 

#S씨는 운전 면허증이 필요 없다. 대신에 공간 지각 능력, 위험 대처 능력 등 기본 인지능력과 시스템 조작 역량을 확인 받은 후 ‘자율차탑승자격’을 부여 받았다. 그가 차에 오르자 목적지와 경로 등을 확인한 스마트카가 주행을 시작한다. 앞 차량의 주행 궤적을 따라 달리고 선행 차량의 주행 궤적 데이터 정보를 생성한 자동차는 적정한 속도를 유지한다. 차 안에 계기판도 없다. 헤드업 디스플레이에 주행 속도와 누적 주행거리, 연료 상태나 엔진 소모 정도 등 기본적 정보 외에도 다양한 정보들이 나타난다. 스마트카가 추전하는 경로와 차선 안내 등 내비게이션 화면이 그대로 헤드업 디스플레이에 보여진다. 자동차는 도로 위 위험 상황에 대한 경고도 잊지 않는다. 멀리 위치한 위험물체를 인식하고 탑승자가 인식하기 쉽도록 직관적으로 위험물의 존재와 방향을 알린다. S씨는 스마트카에 타면 언제나 안전하고 편안한 느낌을 받는다.  

스마트카는 자동차와 IT 기술을 융합해 상시적으로 네트워크에 연결된 차량을 의미한다. 주변 상황 감지용 센서와 차량 내외부간 연결성을 강화해 안전성과 편의성을 향상시키는 방향으로 진화하고 있다. 

자동차와 다른 분야가 융합되는 스마트카의 개발을 위해 서로 간의 공동 개발이 활발히 진행되고 있다. 시장 규모는 스마트카 기술 요소별로 안전, 자율주행, 엔터테인먼트 순이다. 2017년 아우디를 시작으로 2020년대까지 다수의 자동차 회사들이 자율주행차를 출시할 계획이다. 


▲LG디스플레이가 한 전시회에서 자동차 헤드업디스플레이(HUD)를 시연하고 있는 모습.

구체적으로 아우디는 2017년 완전 자율주행인 차세대 A8를 출시할 계획이고 테슬라는 2018년 완전자율주행차를, 포드는 2020년 대부분의 구간을 자율 주행하는 차량을 출시한다. 도요타는 2020년 고속도로 주행 가능한 자율주행차를 출시하고 BMW는 2021년 자율주행차 아이넥스트를 출시할 계획이다. 우버 또한 2030년 주행주행 우버 택시를 보편화시킨다는 방침이다. 

자율주행차 개발을 위한 센싱(Sensing) 시스템과 HMI(Human Machine Interface) 연구도 가속화되고 있다. 스마트카에 적용되는 센서는 동력제어, 안전제어, 편의제어, ICT 연동 등으로 구분되며 스마트카 1대당 약 200여 개의 센서가 적용된다. 카메라 센서의 경우 시야가 좁은 지형과 날씨에는 무력한 측면이 있어 V2X(Vehicle to Everything)와 같은 차량 통신 기술도 주목 받고 있다. 또한 안전성 관점에서 HUD는 운전자가 주의력을 분산시키지 않으면서 가장 효율적으로 시각 정보를 얻을 수 있도록 한다. 

특히, V2X 서비스 분야는 도로 인프라와 관련하여 주요 국가들의 관심이 높다. ‘IntelliDrive’ 프로젝트를 진행하고 있는 미국은 전역에 V2X 통신시스템 및 인프라를 구축하여 안정성, 이동성 등을 극대화하기 위한 새로운 서비스 실현 중이다. 유럽은 ‘SAFESPOT’를 스마트 도로 상의 스마트 차량이라는 슬로건을 내걸었고 일본은 V2X 통신용 주파수를 할당하고 V2I 통신 기반 ‘ITS Japan’ 전략을 수립했다. 한국은 자동차, 도로교통 분야 ITS 계획 2020을 통해 스마트 하이웨이 전략을 추진 중이다. 

특허 점유율 일본이 높고, 한국은 전기전자 아키텍처 특허 강세

스마트카 경쟁이 치열한 만큼 특허 기술도 보이지 않는 전쟁을 하고 있다. 스마트카 특허는 크게 HMI, 무선통신, 사고예방/회피, 센싱, 액추에이터, 자율주행, 전기전자 아키텍처, 운전보조, 탐승자 지원, 피해 경감 등으로 나눈다. 세부기술에 대한 특허청별(한국, 미국, 일본, 유럽) 특허건수를 1995년부터 최근까지 조사해 보면 센싱(5,948)의 특허가 가장 많이 등록되었고 그 뒤를 액츄에이터(4,276), 사고예방/회피(4,096), HMI(3380), 운전보조(3151), 피해경감(3059), 자율주행(2382), 무선통신(2285) 등이 이었다. 


▲현대자동차 자율주행시스템(현대자동차 웹사이트 캡처)

연도별 특허 출원추이를 살펴보면 3구간(03’~06’)과 4구간(07’~10’)에서 각각 6653건과 6911건을 기록하다가 최근 5구간(11’~14’)에서 10,148건으로 대폭 늘어난 것을 알 수 있다. 출원인 국적별 특허 점유율과 하위 기술별 점유율을 비교하면 일본(39.6%)이 가장 높고 한국(18.9%)은 점유율 4위를 기록했다. 한국은 특히 전기전자 아키텍처(33.5%)에서 선도국 대비 강세를 보였으며 운전보조, 자율주행, 무선통신 분야에서도 20% 이상의 점유율을 나타냈다. 출원인 국적별 피인용도에서도 일본이 전체적으로 선도하고 있으며 한국은 4위에 위치했다. 

주요 기업의 세부 기술별 점유율에서는 도요타 모터, 덴소, 혼다 등 일본 기업들은 센싱 분야에 집중하고 있으며 닛산은 운전보조 분야에 강세를 나타냈다. 현대자동차는 피해경감, HMI, 운전보조 분야에 집중하고 있었다. 

더 많은 정보 필요로 하는 운전자, HUD의 특허 출원 계속 늘어나
멀티 모달, 운전자부하/감성인지, 적응형 개인화 인터페이스 특허도 많아져

스마트카에는 이 외에도 수없이 많은 기술이 존재한다. 여기에는 SCC(차간거리제어), LDWS(차선이탈경보), DSM(운전자상태감시), AFLS(배광가변전조등), VDC(차체자세제어), PGS(주차가이드), 전방사각지역 카메라 등이 이에 속한다. 특히 운전자가 더 많은 정보를 필요로 하기 때문에 헤드업디스플레이(HUD)의 중요성은 날로 더해가고 있다. 최근 HMI 기술 특허출원 추이를 살펴보면 HUD(26%)에 이어 멀티 모달 정보(11%), 운전자부하/감성인지(12%), 적응형 개인화 인터페이스(12%), 자연어 음성인식 시스템(5%), 지능형 시큐리티(12%), 차량용 햅틱(15%), 차세대통합HVI(7%) 등의 기술이 활발히 출원되고 있음을 알 수 있다. 

HUD 특허의 업체 사례를 보면 덴소의 경우, 현재 앞유리의 내면에 일체화 혹은 앞유리 앞에 프로젝터를 이용하여 스크린부에 투사하는 기술을 가지고 향후 1~2년 후에는 스크린부에 광학 소자부 표면을 통해 광속의 회절 폭을 조절함으로써, 또렷한 상을 볼 수 있는 제품을 출시할 것으로 보이며 3~4년 후에는 직감적으로 인식이 가능하도록 위험물이 존재하는 방향을 표시하거나 광도의 얼룩을 억제하여 보다 깔끔한 상을 볼 수 있는 제품이 등장할 예정이다. 

현대 자동차의 경우, 현재 운전자 시야의 일부에 화면을 투사하는 방식 기술을 기반으로 향후 1~2년 후에는 전면 유리창을 활용하는 증강 현실 서비스를 제공하며 3~4년 후에는 현재 주행차선에서 목적 차선까지 차선변경이 이루어질 수 있는 서비스나 전방 장애물의 거리에 따라 위치를 변경하여 운전자에게 정보를 제공하는 서비스를 선보일 예정이다. 

이처럼 스마트카의 헤드업 디스플레이는 가시성 향상은 물론, 운전보조와 안전을 책임지며 안전성과 편의성 높은 정보 전달 도구가 될 것이다.  <참고: 한국지식재산전략원(KISTA)의 미래 유망 제품 서비스 분석 보고서>